小型與高速化的連接器技術發展趨勢分析

連接器講求高速化，連纜線類型的連接器，速度要求也越來越高。劉家任攝

前言：連接器隨著電子工業技術發展，型態越來越多樣，在電子產品講求高速化與微型化甚至節能化的趨勢下，部分連接器對於性能的要求已經不可同日而語，相對的開發難度也提高許多，但也成為廠商間是否能在業界競爭中存活下來的關鍵，雖然連接器廠商各有專攻，但洞悉大方向的連接器趨勢發展，仍相當重要。

本文：連接器的技術發展趨勢並非一個一體均沾性的主題，因為連接器的種類越來越多元，每一種連接器對應的背景技術與該技術的未來發展都不盡相同，不過深入探討，仍然有一些明顯的趨勢，可以整理歸納出連接器未來技術發展的方向。

探討連接器的特性，不能只由連接器產業本身觀察，因連接器設計還是必須跟隨下游終端產品，換言之下游終端產品的發展趨勢，實際上即左右了連接器的技術發展，而能夠率先符合甚至領先下游終端廠商需求者，通常能夠攫取更多訂單的機會。

連接器廣泛運用在汽車和電腦週邊應用通訊數據應用、工業、軍事航太、運輸、消費性電子、醫療、儀器、商業設備等，但是深入分析，成長力道最強勁的為汽車應用、通訊設備、消費性電子等，其他如電腦或是儀器設備都呈現飽和的趨勢，除非再度出現殺手級應用，否則前述三樣應用的趨勢實為連接器廠商應當注意的方向。

通訊與消費性產品決定連接器趨勢 高速小型還得抗嚴苛環境

觀察汽車、通訊設備、消費性電子三個產業，對於零組件的需求越來越要求小型化、高速化、以及抗干擾(包括高速傳輸所產生的干擾，以及外在環境越來越嚴苛對於連接器的物理與化學性的傷害或耗損)，相對的，滿足或是對抗這些變因，就是連接器利用新材質或新技術努力的方向。

以小型化方向而論，包括細腳間距以及連接器本身的小型化，以前者而論，一直是連接器發展的方向，例如腳間距從0.5mm發展到0.4甚至0.3mm，整體還必須低背化，例如搭配軟性電路板(FPC)或Board to Board化。

在實踐小型化的過程中，許多廠商都有自身的相關技術，但是卻常忽略了一些變因，例如，很多消費電子設備都需要多顆連接器，以滿足應用的所有功能需求。但可考慮在設計中做改良，如手機中需要的連接器有接地夾、天線、揚聲器和振動器。使用過多不同類型的連接器會造成彈力不均衡、非標準化、不良觸點電阻，以及需要對多種元件作品質檢驗。如果採用適用於所有功能的單連接器觸點設計，就能顯著提高可靠性，並盡可能壓低成本。

材質或材料的謹慎選擇，可以讓小型化的設計事半功倍，否則就必須利用設計做強化，例如鈹銅合金通常被選作連接器觸點，因具有記憶能力與高導電特性性，同時材料的厚度與樑柱長也很關鍵，會讓同樣的材料呈現不一樣的參數變化。

較小的產品設計，如手機內的連接器，就會直接影響到這些參數，例如設計時將觸點側模彎曲成翼形，可產生一個預載入力，從而在接觸表面得到一個牢固的觸點，解決衝壓產生的極薄材料會在樑柱中產生應力，同時有足夠的力(0.3N以上)，這樣可以保持最小的觸點厚度，並且不會給樑柱增加太大應力。

除了材料以外，例如符合IP66、IP67防水及耐撞擊甚至IP69深水規範的密封以及UL等認證也是連接器可靠性的組成部分。作法如為手機電路提供更高的可靠性，即將接觸頭壓配到灌注玻璃的模件內，然後用陶瓷複合物密封觸點。

高速連接器設計與測試需了解之方向

高速化當系統走向高頻化時，連接器對系統的電氣特性、功能影響變大，而不只是滿足「導通連接」功能就夠了。以電腦週邊來看，新一代的連接器都是高速介面，如PCI Express、InfiniBand、SerialATA、Serial SCSI、Express Card、DVI、HDMI、IEEE1394b、CAT6等，甚至行動裝置或車用電子要求的連接器傳輸速度皆越來越高。

連接器的高頻設計必須同時考慮機械、電氣之間的協調，而在協調中也必須能正確掌握方向，同樣地在測試方法上也必須考慮到高頻所產生的效應，以能負責反應元件行為。在設計方面技術即涵蓋：結構電氣參數分析、元件等效電路設計、元件特性測試及測試線路板設計等。

高頻連接器開發技術是一門統合機械結構設計、力學分析、高頻電氣特性分析與量測的綜合技術。必須針對影響高頻電子連接器訊號完整性之各項因子加以分析，搭配實務考量做出價格與效能的取捨，才能全面掌握高頻連接器之訊號完整性相關議題與對應之解決方案。

在設計考量上，必須考慮的因素很多，例如時域與頻域轉換、電子元件基本特性與高頻響應、傳輸線基本理論與阻抗匹配設計、串音的生成與防治、損耗的生成與防治、參數與史密斯圖分析等。

除了掌握高頻測試板設計原則外，設計人員亦需針對常用測試儀器；如時域反射儀 (TDR)與向量網路分析儀(VNA)，進行了解，除了儀器的基本量測原理外，最好能進一步了解校正理論、方法與注意事項，才能全面掌握高頻連接器電氣特性量測技術。即阻抗、串音基本特性、高頻連接器測試板開發準則、時域反射儀(TDR)基本原理與使用、傳輸線基本理論、S參數與Smith Chart分析、向量網路分析儀(VNA)基本原理與校正等。

高速連接器主要需解決的問題相當多，以電磁干擾問題為例，隨著所搭載訊號頻率越來越高，對於訊號完整性之影響也越來越大。除針對連接器產業所需之電磁干擾防制技術做全面了解外，例如線纜端，更應了解系統端如PCB常見電磁干擾之成因與解決方案。例如線材與接地之電磁干擾成因與防制、遮蔽原理、遮蔽效率評估與遮蔽元件設計、ESD成因與防制、數位線路之輻射成因與防制、電磁干擾量測時常用之技巧等。